視頻游戲（VideoGame），是絕對離不開圖形的。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(Computer Graphic Science)，涉及圖形硬件（GPU）、圖像標(biāo)準(zhǔn)(bmp,png,jpeg..)、渲染算法(render method)、動(dòng)畫(Animation)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等。而跟游戲相關(guān)的主要是圖像和圖形（Kinect類的游戲涉及計(jì)算機(jī)視覺，也就是圖像分析、模式匹配）。注意，圖像跟圖形要區(qū)分開，不嚴(yán)格地說，圖像是標(biāo)量，指通過拍照、掃描等方式得到的位圖(Bitmap)；圖形是矢量，指根據(jù)數(shù)據(jù)、公式、算法用計(jì)算機(jī)生成的圖形。而3D模型基本就是圖形和圖像在三維空間上的組合，內(nèi)部是一系列的頂點(diǎn)坐標(biāo)和貼圖坐標(biāo)的組合及貼圖文件等。
大二我在做一個(gè)2D游戲《東方千⑨譚》的時(shí)候，一開始繪圖使用的是QT的圖形庫，讀取圖片、顯示圖片都可以用這個(gè)庫做到。后來做Demo，測試同時(shí)繪制300個(gè)人物（64x64的貼圖）的時(shí)候，幀率已經(jīng)無限低了。后來知道了是因?yàn)檫@個(gè)庫的繪圖API內(nèi)部是軟件渲染的。軟件渲染，顧名思義，即是用CPU來處理圖像顯示的工作，換言之就是自不量力地?fù)屃?/span>GPU的活來干。最后我明白了，拿QT來做游戲是個(gè)很蠢的行為。而要加快渲染的速度，就需要使用硬件渲染的方法。也就是使用3D圖形API（OpenGL / Direct3D）
我是在大一的暑假開始接觸3D圖形學(xué)，至今算是學(xué)了一年有余。我個(gè)人認(rèn)為，對于3D和圖形學(xué)，必須搞清楚兩者之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)世界里的3D其實(shí)就是數(shù)學(xué)，舉例來說就是，線性代數(shù)中平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的應(yīng)用，曲線曲面技術(shù)中的Bezier、和NURBS，還有計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的插值算法（樣條插值、平滑插值、線性插值）等。而3D圖形學(xué)要做的就是，怎樣根據(jù)物體的三維數(shù)據(jù)來模擬顯示物體，即如何渲染到二維平面，再輸出到顯示器。
這個(gè)工作是有多個(gè)步驟的，稱作圖形處理流水線，或者渲染管道。這條流水線大部分工作都是GPU來執(zhí)行，而實(shí)際上3D數(shù)學(xué)部分（矩陣變換或四元數(shù)計(jì)算）也是GPU的工作，目前通過Cuda和OpenCL還可以利用GPU做圖形學(xué)以外的事，這一個(gè)領(lǐng)域叫做通用并行計(jì)算技術(shù)。
關(guān)于渲染管道（pipeline），OpenGL和DirectX的教程肯定都會(huì)說到。要搞懂什么是管線，估計(jì)剛學(xué)圖形學(xué)的人都需要一定時(shí)間。學(xué)一套3D API 不是什么難事，有一本好的入門圖書和一份API查詢手冊就夠了。學(xué)習(xí)3D圖形學(xué)重要的是理解它的工作原理。如矩陣變換的旋轉(zhuǎn)矩陣，就是比較復(fù)雜的一個(gè)core矩陣，要搞懂它就要去看一遍這個(gè)矩陣的推導(dǎo)，再看下旋轉(zhuǎn)矩陣是如何應(yīng)用到實(shí)際中去的。
關(guān)于OpenGL和Direct3D的抉擇問題，初學(xué)3D圖形學(xué)肯定會(huì)有，我個(gè)人覺得OpenGL是初學(xué)者必學(xué)的，不僅跨平臺(tái)性強(qiáng)（D3D只能用在Windows，WP7，Xbox，而OGL幾乎所有平臺(tái)都支持，另外，假如WebGL，勢必會(huì)帶來一場網(wǎng)站開發(fā)的革命），而且接口設(shè)計(jì)得簡單易懂。D3D應(yīng)該是在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)候，再根據(jù)環(huán)境條件等來考慮是否使用。如果OpenGL學(xué)得差不多了，學(xué)D3D不過就是學(xué)習(xí)另一套API的事。下面是OpenGL Vs Direct3D的一篇文章，值得一看：
《OpenGL 3 & DirectX 11: The War Is Over》：繪圖 API 終戰(zhàn)之日？
http://blog.monkeypotion.net/reading/gameprogreading/opengl-versus-directx-the-war-is-over
OpenGL的教程，個(gè)人推薦《OpenGL的超級寶典4th(Super Bible)》,這里就不做介紹了。
3D圖形學(xué)的高速發(fā)展是從3D游戲之父卡馬克開發(fā)的《DOOM》出現(xiàn)在人們面前算起的。（推薦一本書《DOOM啟示錄》，講述了卡馬克和羅梅洛兩位游戲界傳奇人物的傳奇故事，絕對霸氣，震撼人心）至今3D圖形學(xué)發(fā)展十幾二十年，固定渲染管道也是很多年的產(chǎn)物了。現(xiàn)在這個(gè)管道不再是完全讓計(jì)算機(jī)管理，而是其中的幾個(gè)環(huán)節(jié)可以由程序員來控制。這個(gè)技術(shù)就叫shader，著色器（頂點(diǎn)著色器、片段著色器、 幾何著色器）。
Shader編程是完全不同于其他語言的，因?yàn)樗紤]的是并行的問題，并不是線性的問題。Shader語言有三種，OpenGL的GLSL, D3D的HLSL，還有Nvidia的Cg（此Cg不是通常意義的CG，而是C for graphic，即用于圖像的類C語言）。Cg是由Nvidia提出的，目的是為了調(diào)和OpenGL和DirectX的矛盾。Cg的優(yōu)點(diǎn)在于，它是處在GLSL、HLSL兩者之上的，用Cg寫的著色器代碼編譯后就變成GLSL或者HLSL的代碼，shader程序員只需寫一份Cg語言的代碼就可以了（Cg語言的語法幾乎和HLSL一樣）。
另外可以看一下這篇文章：《著色語言（Shader Language），以及HLSL VS GLSL VS CG》
鏈接：http://bbs.gameres.com/showthread.asp?threadid=138918&page=1
Cg的各種信息和SDK、Sample下載可以到英偉達(dá)官網(wǎng)查找：
。http://developer.nvidia.com/cg-toolkit-archive
學(xué)習(xí)Shader編程，有很多不錯(cuò)的書，雖然我都沒看過，比如Nvidia的《GPU gem》1、2、3，這3本有中文版。另外《Shader X》1-7，看介紹也是很不錯(cuò)的，不過基本沒中文版。
Shader 可以實(shí)現(xiàn)目前大部分的實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)渲染算法（陰影、光照等）。注意，Shader著色器語言是用來實(shí)現(xiàn)渲染算法的，當(dāng)然存在有人利用shader語言來做AI等事情（這些以后估計(jì)都會(huì)是cuda、OpenCL的工作）。
說回游戲。游戲?qū)嶋H上并不會(huì)用到太多最新最前沿的技術(shù)，因?yàn)橐紤]到老百姓的PC配置都是參差不齊的。頂點(diǎn)著色器和片段著色器，現(xiàn)在大部分的顯卡都至少支持最基本的功能，而Geometry shader，就仍未普及,即只有近幾年內(nèi)的顯卡才有這個(gè)能力。
對于二維平面游戲，圖形圖像技術(shù)通常是用來做特效，完全用貼圖的游戲已經(jīng)過時(shí)了。例如可以用shader做模糊(Blur)、扭曲、灰度圖化、強(qiáng)光等等PS中的濾鏡效果，還有利用3D API來增強(qiáng)畫面效果，如3D旋轉(zhuǎn)菜單、游戲場景三維化（實(shí)際上只是起美化的作用，如東方Project的一系列彈幕作）。并且存在有二維游戲中的貼圖是通過把由三維模型壓到二維平面而得到的。
三維游戲，就復(fù)雜太多了，甚至比做計(jì)算機(jī)動(dòng)畫還復(fù)雜，因?yàn)椴粌H要考慮效果、還要考慮效率（達(dá)到60幀/秒左右的圖像輸出能力就是實(shí)時(shí)渲染）。在效果上有非真實(shí)渲染和真實(shí)性渲染。真實(shí)性渲染就是盡可能地仿真，如如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的鏡面反射、次表面散射、霧、鏡頭光暈、陰影等。非真實(shí)渲染就是將人物、場景渲染成卡通效果。利用shader就可以實(shí)現(xiàn)這些效果。
如果是小團(tuán)隊(duì)開發(fā)游戲，而且打算自己做一個(gè)商業(yè)級的3D游戲引擎，那這個(gè)小團(tuán)隊(duì)處境堪憂。首先技術(shù)硬實(shí)力要過關(guān)，這不是一件個(gè)人英雄可以辦到的事（3D算法、渲染算法，沒有潛心學(xué)習(xí)個(gè)幾年，做出來的引擎不會(huì)強(qiáng)到哪里去）。全3D游戲涉及的技術(shù)太多，與其冒風(fēng)險(xiǎn)自己開發(fā)一個(gè)引擎，不如花錢買一個(gè)商業(yè)級的或者使用開源引擎（LGPL license的應(yīng)該有）。而如果是做2D游戲，應(yīng)用一些shader特效來強(qiáng)化視覺沖擊力倒是可以。
圖形只是游戲的一個(gè)方面，還有很多方面需要重視，像游戲引擎架構(gòu)（可擴(kuò)展性）、
腳本引擎、聲音引擎、GUI系統(tǒng)、游戲編輯器、資源管理、版本更新方法等，網(wǎng)游的話就是另一個(gè)話題了。本人對網(wǎng)游暫無研究，最難的部分可能是網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)傳輸，同步等。
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一不小心扯了2000+字了，也不知我的這篇經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對讀者有沒有啟發(fā)作用。現(xiàn)在說說我自己。我是在大學(xué)時(shí)開始接觸編程，興趣不算太濃，只是因?yàn)槲易约合矚g玩游戲，所以才報(bào)了軟件工程專業(yè)..一開始總是在想學(xué)編程是否有前途，是不是真的很難學(xué)。而其實(shí)現(xiàn)在還是在想。畢竟誰也不想隨隨便便就過了一生。對于游戲開發(fā)，我也僅僅是個(gè)初學(xué)者，我不奢望能掌握游戲開發(fā)的全部知識，只是夢想著有一天，能拿著自己的游戲，在某個(gè)游戲展上介紹自己的游戲~
工科專業(yè)，任何一個(gè)學(xué)起來都不會(huì)輕松，如果是要成為領(lǐng)域高手。大學(xué)本科，確實(shí)是打基礎(chǔ)（不只是專業(yè)課程學(xué)習(xí)）的時(shí)期，而也是尋找人生方向的時(shí)期。這個(gè)時(shí)候很容易浮躁，可能因?yàn)椴幌矚g自己的專業(yè)還是沒有信心。個(gè)人認(rèn)為，無論你的打算是怎樣，只要生活態(tài)度是好的，學(xué)習(xí)態(tài)度是向上的，對自己所作的每一個(gè)決定都負(fù)責(zé)，每一天都過得充實(shí)、健康，那就夠了。不要為明天憂慮。